Преобразователь параметров датчика в период колебаний Советский патент 1988 года по МПК G01R27/00 

Фиг.)

113

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при измерениях неэлектрических величин с помощью парамг тричес ких датчиков.

Цель изобретения - повышение информативности выходного сигнала.

На фиг. 1 показана схема преобразователя при датчике с последователь ной схемой замещения;на фиг. 2 - то же, при датчике с параллельной схемой замещения;на фиг. 3 - временные диаграммы работы преобразователя.

Преобразователь содержит измерительный блок 1, выполненный на усилителе 2, выход которого является выходом измерительного блока 1, и содержащий датчик 3 и два двухполюсника 4 и 5, соединенные со входом усилителя 2. Выход измерительного блока 1 через инвертор 6 соединен с входом регенеративного компаратора 7, выход которого соединен с входом измерительного блока 1. К дополнительным входам измерительного блока 1 подсоединен ключевой злемент 8, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора 7.

В случае использования датчика 3 с последовательной схемой замещения (фиг. 1) он подключается одним из выводов к второму выводу двухполюсника 5, а другим выводом - к выходу усилителя 2. Выводы двухполюсника 5 являются дополнительными входами измерительного блока, а входом последнего является второй вывод двухполюсника 4.

В случае использования датчика 3 с параллельной схемой замещения (фиг. 2) он подключается одним выводом к входу усилителя 2,а второй вывод является входом и одновременно дополнительным входом измерительного блока 1. Второй вывод двухполюсника 5 подсоединен к выходу усилителя 2, а второй вывод двухполюсника 4 является другим дополнительным входом измерительного блока 1.

Работу преобразователя можно рассмотреть на примере преобразования параметров датчика 3 емкостного типа, имеющего схему замещения в виде параллельной RC-цепи.Такую схему замещения имеют, например, емкост ные влагомеры для нефти,уровнемеры жидкости и т.п. Здесь С прямо про

пордионально влажности или уровню жидкости, а R определяет активные потери в.жидкости.При такой схеме замещения двухполюсником 4 является резистор RO, а двухполюсником 5 - конденсатор С.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания на выходе усилителя 2 благодаря глубокой положительной обратной связи практически мгновенно появляется скачок напряжения, амплитуда V которого определяется уровнем ограничения линейного режима его работы, например положительным (временные диаграммы, фиг. 3). В результате напряжение на выходе первого усилителя 2 изменяется следующим образом (ключ разомкнут)

25

V С,

С„К

Это напряжение инвертируется в инверторе 6 и подается на один вход омпаратора 7. На другой вход компаратора 7 подается его выходное напряжение + V. В момент времени, когда напряжение с выхода инвертора 6 превысит V, напряжение на выходе компаратора 7 скачком меняет знак на противоположный, ключевой злемент 8 замыкается. При этом напряжение на выходе усилителя 2 увеличивается от значения -V по закону

V, -V

+ V

2С

(К„ -t- R)C,

Это напряжение вновь инвертирует- ся в инверторе 6 и сравнивается с напряжением -V на выходах компаратора 7 . В момент равенства зтих напряжений выходное напряжение компаратора 7 скачкообразно меняет полярность, ключевой элемент 8 размыкается, напряжение на выходе усилителя 2 уменьщается от -ьУ по закону

V.

V - V

2 с

RC,

(2)

и весь продесс повторяется. Таким образом, устройство работает как релаксационный генератоо.

На основании уравнений (1) и (2) можно згаписать выражения, описывающие условие равенства напряжений на выходах компаратора 7 для четного интервала времени,

V - V

2С

(К„ + ЮС

ключа подсоединены параллельно двухполюснику 5. Другой двухполюсник 4 подключается к входу усилителя 2 и .

ВЫХОДУ компаратора 7.

Для датчика с последовательной RL-схемой замещения следует использовать в качестве двухполюсников 4 и 5 катушку индуктивности L и резистор RO соответственно При этом

Изобретение может быть использовано при измерениях неэлектрических величин с помощью датчиков, включенных по схеме двухполюсника. и позволяет повысить информативность выходного сигнала. Преобразователь содержит измерительный блок , на базе усилителя 2 с подключенными к нему датчиком 3 и двумя двухполюс-, никами 4 и 5, компаратор 7, вход которого соединен с выходом усилителя 2, а выход - с входом измерительного блока 1, и ключевой элемент 8, подключенный к дополнительным входам измерительного блока 1. Ключевой элемент 8 по сигналу компаратора 7 позволяет шунтировать один из двухполюсников ,подключенных параллельно или последовательно с датчиком 3 в зависимости от схемы замещения,и обеспечивает формирование импульсов, длительность и пауза которых зависят от активного и реактивного параметров датчика 3. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. с е (/)

для нечетного (кроме первого) интервала времени

-V + V

V

С„ RC-J

где t

t, длительности четного и нечетного интервалов времени между моментами срабатывания компаратора 7.

Решая полученную систему уравнений (3) и (4), находим

ч-t,

2К„(Со-С). (5)

При преобразовании параметров индуктивного датчика 3 с параллельной схемой замещения из RL-элементов

(например, для вихретоковых датчиков) в качестве двухполюсника 4 следует включить катушку индуктивности I, , а в качестве двухполюсо

ника 5 - резистор R. Решая систему уравнений, описывающих условие срабатывания компаратора 7 в интервалы

Датчики 3 физических параметров, имеющие последовательную схему замещения из RL- и RC-элементов (например, индуктивные датчики перемещения, давления, кондуктометрические датчики с изолированными электродами и т.п.), включаются последовательно с двухполюсниками 5 к входу и выходу усилителя 2,образуя цепь отрицательной обратной связи усилителя 2 (фиг. 1). При этом выходы

15

(4)

20

25

30

35

40

45

50

55

Формула изобретения

Фиг. г

замещения дatчикa выполнен с датчиком, подключенным к входу усилителя, причем другой вывод датчика является входом и одновременно дополнительным входом измерительного блока, второй вывод первого двухполюсника образует другой дополнительный вход измерительного блока, а второй вывод второго двухполюсника соеди- нен с выходом усилителя.